DE2726173A1

DE2726173A1 - Verfahren und einrichtung zur automatischen positionierung eines werkstueckes relativ zu einem abtastfeld bzw. zu einer maske

Info

Publication number: DE2726173A1
Application number: DE19772726173
Authority: DE
Inventors: Juergen Dipl Ing Frosien; Helmut Ing Grad Reschke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-06-08
Filing date: 1977-06-08
Publication date: 1978-12-14
Also published as: FR2394115A1; JPS544574A; JPS605221B2; US4219719A; FR2394115B1; DE2726173C2; NL7805320A

Description

SIEMENS /JiTIENGESELLSCHAFT £ Unser Zeichen

Berlin und München VPA 77 P 3760 BRD

Verfahren und Einrichtung zur automatischen Positionierung

'^{v 2U e}^?g^A^^Ä^t';v^fc\⁽^^^zy; zueiner Maske

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Positionierxmg eines mit mindestens einer Marke versehenen Werkstückes, insbesondere eines in einem Korpuskularstrahlgerät zu bearbeitenden Viafers für integrierte Schaltkreise, relativ zu einem Abtastfeld oder zu einer Maske, bei der ein Abtaststrahl das auszurichtende Werkstück entlang einer Zeile abtastet (line scan) und ein bei Erreichen der Marke erzeugtes Signal eine Einrichtung steuert, die daraus ein zur Abweichung der Markenlage von einer Sollage proportionales Regelsignal erzeugt, das zur Ansteuerung einer Einrichtung zur Lagekorrektur des Werkstückes relativ zum Abtastfeld bzw. zur Maske dient.

Bei der korpuskellithographischen Herstellung von Strukturen auf halbleitenden Werkstücken (V/afern) ist es notwendig, das V/erkstück relativ zum strukturcrzeugenden Korpuskularstrahl oder relativ zu einer Maske auszurichten. Dies ist insbesondere dann erforderlich, wenn in Mehrlagenprozessen die einzelnen Strukturdetails paßgerecht aufeinandergefügt v/erden müssen. Mit fortschreitende!" Miniaturisierung der Strukturen wachsen die An.forderungen an die Positioniergenauigkeit. Für einen weitgehend maschinell ablaufenden Fertigungsvorgang sind daher automatische Positionierverfahren besonders interessant.

GdI 3 E Lo / 2.6.1977

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Es ist bereits ein automatisches Positionierverfahren bekannt, bei dem ein mit Marken versehenes Werkstück mit einem fokussier- ten Elektronenstrahl entlang einzelner Zeilen abgetastet wird (US-PS 3 644 700). Ein durch die Wechselwirkung des Elektronen-Strahls mit der Werkstücksoberfläche entstehendes Signal, z. B. Sekundärelektronen, wird registriert und in einer Signalbeeinflussungselektronik, z. B. einem Schv/ellwertdiskriminator, in ein für die v/eitere Verarbeitung geeignetes Positioniersignal umgewandelt. Durch die eindeutige Zuordnung zwischen dem Ponitioniersignal und der Ortskoordinate der Marke auf dem Werkstück über die Ablenkparameter des Elektronenstrahls (z. B. Ablenkspannung oder Ablenkstrom) wird mittels eines Rechners die Lage der Marke auf der abgetasteten Zeile ermittelt. Durch Vergleich mit einer Sollage liefert der Rechner ein zur Abweichung von dieser Sollage proportionales Regelsignal. Dieses Regelsigna].

dient dann zur Ansteuerung entsprechender Korrckturelemente, beispielsweise eines zusätzlichen Ablenksystems.

Dieses Verfahren erfordert einen erheblichen elektronischen Aufwand, da die Regelgröße von einem Rechner bestimmt v/erden muß. Außerdem steht das Regelsignal nicht sofort nach einem Durchlauf des abtastenden Elektronenstrahls, sondern erst nach Abschluß der rechnerischen Ermittlung zur Verfügung.

In einem weiteren bekannten automatischen Positionierverfahren wird eine quadratische Marke mit einer feinen Elektronenstrahlsonde auf einer sinusförmigen Bahn abgetastet (US-PS 3 519 788). Die Bahn wird dabei so gelegt, daß die Sonde die Marke sowohl auf der positiven als auch auf der negativen Halbwelle verläßt. Durch unterschiedliche Sekundärelektronenausbeute auf der Marke und auf dem übrigen Werkstück, hervorgerufen durch unterschiedliche Materialien, wird erreicht, daß im Positioniersignal ein deutlicher Signalsprung zwischen Orten auf der Marke und in ihrer Umgebung auftritt. Während eines Durchlaufs einer Sinuswelle entstehen so zwei Signalsprünge, die zu den Gebieten gehören, in denen der Elektronenstrahl die quadratische Marke verläßt. Die Breiten der Signalsprünge während der positiven und der negativen Halbwelle sind ein Maß für den Positionierzustand der Marke in Relation zum Abtastfeld. Nur bei ausgerichteter Marke sind, beide

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VPA 77 P 3760 DRD Signalsprünge gleich groß. Zur Automatisierung dieses Verfahrens werden die während der beiden Halbwellen erzeugten Signale einem Differenzverstärker zugeführt, in welchem deren gleichgerichtete Werte subtrahiert werden. Die so gewonnene Gleichspannung dient als Regelsignal, mit dem ein Mittenabgleich der Marke erfolgen kann.

Dieses Verfahren ist zwar vom elektronischen Aufwand her einfacher als das vorher beschriebene; es ist jedoch sehr störempfindlich. Da das Regelsignal praktisch durch Integration des Positioniersignals gewonnen wird, wirken sich Schwankungen in diesem Signal, wie sie z. B. durch Verunreinigungen auf dem Werkstück oder auf der Marke oder aber auch durch Strahlstromschwankungen der abtastenden Elektronenstrahl sonde hervorgerufen v/erden, sehr stark aus. Jede Abweichung des Positioniersignals λόπι Idealsignal liefert einen Beitrag zum Regelsignal und bewirkt daher eine Fehlpositionierung.

Weiterhin besteht bei diesem Verfahren wegen der sinusförmigen Markenabtastung kein linearer Zusammenhang zwischen dem Regelsignal und der Depositionierung. Daher sind für eine zur Ausbreitungsrichtung der abtastenden Elektronenstrahlson.de senkrechte Ausrichtung der Marke auf die Rasterbereichsmitte, die Sollage, mehrere Durchläufe erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem eingangs beschriebenen Verfahren zur automatischen Positionierung d&s Werkstückes mit geringem elektronischen Aufwand ein Regelsignal zu erzeugen, das unmittelbar nach jedem Abtastdurchlauf und in linearem Zusammenhang mit der Depositionierung zur Verfügung steht und das darüber hinaus unempfindlich gegen Intensitätsschwankungen des Positioniersignals ist. Diese Aufgabe wird-erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Werkstück mit dem Abtaststrahl nacheinander in entgegengesetzten Richtungen mit gleicher Geschwindigkeit abgetastet wird (Hin- und Rücklauf), wobei während des Ilinlaufs vom Beginn der Zeile bis zum Erreichen der Marke eine positive Referenzgleichspannung und während des Rücklaufs vom Ende der Zeile bis zum Erreichen der Marke eine negative Referenzspannung gleichen Betrages auf einen Integrator

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geschaltet wird, und daß nach einem vollen Hin- und Rücklauf des Abtaststrahls das Ausgangssignal des Integrators als Regelsignal zur Lagekorrektur verwendet wird.

Bei diesem Verfahren ist die korrekte Markenlage die Mitte der abgetasteten Zeile. Dabei ist es klar, daß die Marke und auch die Zeile, entlang der abgetastet wird, sich keineswegs auch in der Mitte des Werkstückes befinden müssen. Vielmehr wird man die Marke in einen Randbereich des Werkstückes verlegen, der nicht für die eigentliche Herstellung der elektronischen Bauelemente benötigt wird. Für die Positionierung wird man dann durch eine zusätzliche konstante Erregung des Ablenksystems den Korpuskularstrahl in den Bereich der Marke auslenken. Anschließend wird der Korpuskularstrahl entlang einer Zeile in beiden Richtungen mit konstanter gleicher Geschwindigkeit über die Marke geführt. Die Länge der Zeile kann dabei sehr viel kleiner sein als beispielsweise die Ausdehnung des Abtastfeldes bei einem Korpuskularstrahlschreiber in gleicher Richtung.

Die grundlegende Idee des Verfahrens ist eine Abstandsmessung zwischen der Marke und den beiden Enden der abgetasteten Zeile. Bei exakter Ausrichtung der Marke sind diese beiden Abstände gleich. Bei einer Depositionierung der Marke ist die Differenz der beiden Abstände gleich dem doppelten Betrag des Abstandes der Marke von ihrer Sollage. Zur Verdeutlichung zeigen die Figuren 1a und 1b den zeitlichen Verlauf des Abtaststrahls und den dazugehörenden Positioniersignalverlauf. In Fig. 1a ist dabei mit 1 ein Bereich auf dem Werkstück bezeichnet, der eine Marke enthält und dessen Breite gleich der Länge der Zeile ist, auf der der abtastende Korpuskularstrahl die Marke überstreicht. Die Marke liegt um die Strecke S rechts neben der durch die strichpunktierte Linie 4 angedeuteten Mitte des Bereiches 1. Der Abtaststrahl 3 startet in diesem Beispiel zur Zeit t₁ am linken Rand des Bereiches 1, überstreicht diesen Bereich bis zur Zeit t^ und kehrt bis zur Zeit X-, auf gleichem Wege v/ieder zu seinem Ausgangspunkt zurück. In Fig. 1a sind der Hin- und der Rückweg der besseren Übersichtlichkeit halber untereinandergezeichnet. Ausgehend von, diesem Prinzip des gleichmäßigen Hin- und Herführons des abtastenden KorpuskularStrahls und einer Auftragung des dabei

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entstehenden Positioniersignals in nur einer Richtung ergibt sich ein Signalverlauf, wie er in Fig. 1b dargestellt ist. Eine Marke, die sich in der rechten Hälfte der Zeile befindet, erscheint während des Hinlaufs ebenfalls rechts von der Mitte der zeitlichen Darstellung des Positioniersignals. Während des Rücklaufs haben sich die Verhältnisse umgekehrt. Die Marke liegt nun links von der Mitte. Die Abstandsdifferenz 2S vom Start bis zu einem Punkt des Markensignals zwischen Hin- und Rücklauf oder, was dem äquivalent ist, die Zeitdifferenz vom Start bis zum Erreichen dieses Punktes zwischen Hin- und Rücklauf ist das Maß für den Positionierzustand der Marke bezüglich der abgetasteten Zeile. Die eigentliche Abstands- bzw. Zeitdifferenzmessung erfolgt über die Integration einer konstanten Referenzspannung. Die Integration beginnt am Anfang der abzutastenden Zeile und endet mit dem Erreichen der Marke. Der so gewonnene Integrationswert wird dann während des weiteren Hinlaufs gehalten. Beim Rücklauf wird vom Ende der Zeile bis zum Erreichen der Marke die negative Referenzspannung gleichen Betrages integriert. Der erreichte Integrationswert wird bis zum Ende des Durchlaufs gespeichert. Er ist mit Vorzeichen ein Maß für die Abweichung der Marke von der Zeilenraitte und kann direkt als Regelsignal verwendet werden. Das Regelsignal ist eine lineare Funktion der Depositionierung.

Durch die Verwendung einer konstanten Referenzspannung zur Erzeugung des Regelsignals wirken sich Störungen des Positioniersignals im Unterschied zu dem bekannten Verfahren aus der US-PS 3 519 788 nicht weiter aus.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß aus dem Markensignal ein rechteckiges Positioniersignal erzeugt wird, dessen Breite von der Einstellung einer Triggerschwelle abhängt, und daß das Erreichen der Marke durch die Flanken des rechteckigen Positioniersignals angezeigt wird. In diesem Falle wird zur Beendigung der Integration nur der Markcnrand, der durch einen Sprung des geformten Positioniersignals angezeigt wird, verwendet, wodurch die Störbeeinflussung des Regelsignals durch das Positioniersignal noch weiter herabgesetzt wird. Anhand von Zeitdiagrammen entsprechend den Figuren 2a bis 2f werden die Möglichkeiten des Verfahrens noch einmal näher er-

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läutert. Dabei zeigt Fig. 2a für einen Hin- und Rücklauf das Positioniersignal, wie es bei einer Marke entsprechend der Figur 1 erhalten wird. Die Glockenform des Positioniersignals im Bereich der Marke ist darauf zurückzuführen, daß der Abtaststrahl, also die Sonde, nicht punktförmig, sondern flächenhaft ausgebildet ist. Die gestrichelte Linie 6 stellt die einstellbare Triggerschwelle dar, deren Schnittpunkte mit den Markensignalen die Sprungpunkte für das geformte rechteckige Positioniersignal bilden, wie es in der darunterliegenden Figur 2b dargestellt ist. Die Figuren 2c bis 2f zeigen vier unterschiedliche Abstands- bzw. Zeitdifferenzmessungen. Bei der Figur 2c beginnt die Integration mit dem Start des Hinlaufs des Abtaststrahls am Anfang der Zeile und endet mit dem Erreichen der ansteigenden Flanke des geformten Positioniersignals. Bei der Figur 2d endet die Integration beim Erreichen der abfallenden Flanke des geformten Positioniersignals. Diese Integrationswerte werden dann während des weiteren Hinlaufs gehalten. Beim Beginn des Rücklaufs, d. h. also am Ende der Zeile, wird die Integration der negativen Referenzspannung gleichen Betrages wiederum bis zum Erreichen der ansteigenden Flanke (Fig. 2c) oder der abfallenden Flanke (Fig. 2d) des geformten Positioniersignals fortgesetzt. Der insgesamt erreichte Integrationswert wird bis zum Ende des Durchlaufs gespeichert und kann anschließend direkt als Regelsignal verwendet werden.

Ebenso ist auch denkbar, daß die Integration an einer Flanke des geformten Positioniersignals gestartet wird und am Ende des Hinbzw. Rücklaufs beendet wird, wie es in den Figuren 2e und 2f dargestellt ist.

Um die Störunempfindlichkeit des Regelsignals von Schwankungen des Positioniersignals, die beispielsweise durch Stromschwankungen oder Drifterscheinungen hervorgerufen v/erden können, zu steigern, kann man bei der soeben erläuterten Ausführungsform des ^ Verfahrens vorsehen, daß die Triggerschwelle als Bruchteil des Maximums des Markensignals festgelegt und in jedem Strahldurchlauf für den nachfolgenden Durchlauf neu bestimmt wird. Dies kann z. B. durch die Verwendung eines Spitzenwertdetektors geschehen. Während eines ersten Durchlaufs wird das Maximum des Positionier-

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- 44 VPA 77 P 3760 BRD signals bestimmt und die Triggerschwelle auf einen festen Bruchteil des Maximums eingestellt. Alle folgenden Durchläufe beziehen ihre Triggerschwelle dann auf den vorhergehenden Durchlauf.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann nach demselben Grundgedanken auch dadurch gelöst werden, daß das Werkstück mit dem Abtaststrahl nacheinander in entgegengesetzten Richtungen in äquidistanten Schritten (digital) abgetastet wird und daß Jeweils am Anfang des Rasterbereichs ein Vorwärts-Rückwärts-Zähler gestartet wird, der die Abtastschritte bis zum Erreichen der Marke während des Hinlaufs hoch- und während des Rücklaufs herunterzählt, und daß der Endwert des Zählers nach einem vollen Hin- und Rücklauf über einen Digital-Analog-Wandler als Regelsignal zur Lagekorrektur verwendet wird. In diesem Verfahren erfolgt die Ablenkung des abtastenden KorpuskularStrahls durch ein dreieckförmiges Stufensignal, so daß der Korpuskularstrahl in äquidistanten Schritten über das Werkstück geführt wird. Jev/eils bei Beginn des Hin- und des Rücklaufs wird ein Zähler gestartet, der die Schritte bis zum Erreichen der Marke zählt. Die Differenz der beiden Schrittzahlen für den Hin- bzw. den Rücklauf gibt die doppelte Abweichung der Marke von der Zeilenmitte, also der Solllage, an. Ein Vorwärts-Rückwärts-Zähler, der während des Hinlaufs hoch- und während des Rücklaufs herunterzählt, liefert als Endwert direkt die Differenz der beiden Schrittzahlen und damit das Regelsignal, das über einen Digital-Analog-Wandler auf ein Korrektursystem gegeben werden kann.

Eine vorteilhafte Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einem Dreieckgenerator, der ein Ablenksystem für die Auslenkung des Abtaststrahls und einen Rechteckgenerator steuert, zwei Gleichspannungsquellen gleichen Betrages, aber entgegengesetzter Polarität, die von dem Rechteckgenerator über zwei Schalter gesteuert aif einen Integrator schaltbar sind, zv/ei hintereinandergeschalteten monostabilen Kippstufen, die ebenfalls von dem Rechteckgenerator gesteuert nach jedem Strahldurchlauf (Hin- und Rücklauf) nacheinander kurzzeitig zwei weitere Schalter schließen, wodurch zunächst der Integratorausgang auf einen speichernden Reglerzur Lagekorrektur geschaltet ist und anschließend der Integrator kurzgeschlossen und der Dreieckgenerator zu einem

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neuen Durchlauf gestartet wird, sowie einem Detektor zur Registrierung des Markensignals, das über Vorverstärker und einen Komparator mit über eine Vergleichsspannung und einen Spannungsteiler einstellbarer Triggerschwelle in ein Signal zur weiteren Steuerung der bistabilen Kippstufen umgeformt wird.

Eine weitere vorteilhafte Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens speziell bei der schrittweisen digitalen Abtastung des V/erkstückes besteht aus einem Digital-Generator, der einerseits über einen Digital-Analog-Wandler ein Ablenksystem für die schrittweise Auslenkung des Abtaststrahls und andererseits einen Rechteckgenerator steuert, einem Vorwärts-Rückwärts-Zähler zum Zählen der Abtastschritte, dessen Zählrichtung und Zählbeginn durch den Rechteckgenerator gesteuert werden, einem Steuerglied, das nach jedem vollen Hin- und Rücklauf für kurze Zeit einen Schalter schließt, wodurch der Zählerendwert auf einen speichernden Regler zur Lagekorrektur über einen Digital-Analog-V/andler geschaltet ist, und das nach dieser Zeit den Zähler auf Null zurücksetzt und den Digital-Generator für einen neuen Durchlauf startet, sowie einem Detektor zur Registrierung des Markensignals, das über Vorverstärker und einen Komparator mit über eine Vergleichsspannung und einen Spannungsteiler einstellbarer Triggerschwelle in ein Signal zum Stoppen des Zählers umgeformt wi i"d.

Eine vorteilhafte Weiterbildung dieser Einrichtungen ergibt sich durch zwei Kondensatoren, die vom Rechteckgenerator über eine bistabile Kippstufe und vier Schalter gesteuert abwechselnd jeweils für einen Strahldurchlauf mit dem Detektor oder dem Spannungsteiler verbunden sind, sowie zwei von der bistabilen Kippstufe über zwei monostabile Kippstufen gesteuerte Schalter zum Kurzschließen der Kondensatoren. In diesem Falle wird die Triggerschwelle des Komparators nicht mehr über eine feste Vergleichsspannung und einen Spannungsteiler vorgegeben, sondern in jedem Strahldurchlauf als Bruchteil des Maximums des Positioniersignals festgelegt.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich mit Vorteil bei einem Korpuskularstraiilschreiber, einem Korpuskularstrahlmikroprojek-

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tor oder einem Korpuskularstrahlschattenprojektor einsetzen. Bei letzterem ist die Länge der abgetasteten Zeile durch die Größe einer Justieröffnung in der Maske festgelegt.

An Ausführungsbeispielen wird die Erfindung weiter erläutert:

Dabei zeigt bzw. zeigen Fig. 3 eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens für eine analoge Abtastung des Werkstückes,

Fig. 4 Impulsdiagramme von unterschiedlichen Orten innerhalb der Schaltung nach Fig. 3,

Fig. 5 eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens bei schrittweiser Abtastung des Werkstückes, die Figuren 6 bis 8 drei unterschiedliche Anwendungsbeispiele des Verfahrens und
Fig. 9 ein Signaldiagramm für einen Elektronenstrahlschattenprojektor.

Die Figur 3 zeigt eine Schaltungsanordnung für das automatische Positionierverfahren, bei dem der das Werkstück abtastende Korpuskularstrahl durch ein Ablenksystem 8 ausgelenkt wird. Dabei kann es sich, wie in diesem Beispiel dargestellt, um ein magnetisches Ablenksystem handeln; ebenso ist aber auch ein elektrostatisches System denkbar. Das Ablenksystem 8 wird von einem Dreieckgenerator 9 derart angesteuert, daß der Abtaststrahl das Werkstück auf seinem Hinlauf mit gleicher Geschwindigkeit abtastet wie auf seinem Rücklauf. Gleichzeitig steuert der Dreieckgenerator 9 einen Rechteckgenerator 10 an, der sich während der abfallenden Spannungsflanken des Dreieckgenerators in einem hohen Spannungszustand befindet, während der übrigen Zeit in einem niedrigen, beispielsweise bei 0 V. Der Rechteckgenerator wiederum steuert zwei bistabile Kippstufen (Flipflops) 11 und 12, von denen die Kippstufe 11 während der ansteigenden Flanke des Dreieckgenerators durch Schließen des Schalters S1 eine positive Referenzspannung auf den Meßintegrator 15 schaltet, der diese Referenzspannung so lange integriert, solange der Schalter S1 geschlossen ist.

Ein Detektor 20, beispielsweise ein für Sekundärelektronen empfindlicher Detektor, registriert während des Abtastens die auf

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VPA 77 P 3760 BRD dem Werkstück ausgelösten Sekundärelektronen. Das Detektorsignal wird mit einem Vorverstärker 21 verstärkt und auf einen Komparator 22 gegeben. In diesem Komparator 22 wird das Signal mit einer einstellbaren Gleichspannung verglichen, die über einen Spannungsteiler von einer Konstanzspannungsquelle abgegriffen werden kann. übersteigt die Signalspannung die Vergleichsspannung, so liefert der Komparator (Trigger) ein Signal, mit dem die bistabile Kippstufe 11 wieder in ihren Ausgangszustand zurückgeführt wird. Dadurch öffnet der Schalter S1 und die Integration der positiven Referenzspannung U_R ist beendet. Während der abfallenden Flanke des Dreieckgenerators, also während des Rücklaufs, ist entsprechend der Schalter S2 geschlossen und damit die negative Referenzspannung -U_R auf den Integrator 15 geschaltet. Auch diese wird so lange integriert, bis das verstärkte Detektorsignal die Triggerschwelle des Komparators 22 überschreitet. Der bis dahin erreichte Integrationswert wird bis zum Ende des Durchlaufs gehalten. Am Ende des Durchlaufs springt der Rechteckgenerator wieder in seinen niedrigen Spannungszustand zurück und schaltet damit die monostabile Kippstufe 13, über die für die Zeit T. die Schalter S3 und S4 geschlossen werden. Dadurch wird der Ausgang des Meßintegrators 15 über den Schalter S4 auf den Regelverstärker 16 und gleichzeitig über den Schalter S3 auf den Kondensator 18 gegeben. Der Ausgang A des Regelverstärkers 16 führt zu einem Korrektursystem, mit dem die exakte Lage des Werkstückes relativ zum Abtastfeld oder zu einer Maske eingestellt wird. Der sich am Kondensator 18 einstellende Spannungswert wird über einen Verstärker 17 einem Meßgerät 19 zugeführt, das die aktuelle Depositionierung anzeigt. Nach der Zeit T* springt die monostabile Kippstufe 13 in ihren Ausgangszustand zurück und schaltet damit die monostabile Kippstufe 14 durch, wodurch für die Zeit T₂ der Schalter S5 geschlossen wird, der parallel zum Meßintegrator 15 liegt und diesen wieder auf Null zurücksetzt. Da die Schalter S3 und S4 bereits wieder geöffnet sind, werden die Werte am Regler und auch am Anzeigegerät 19 nicht verändert. Gleichzeitig mit dem Zurücksetzen des Meßintegrators 15 wird der Dreieckgenerator 9 für einen neuen Durchlauf gestartet.

Die Triggerschwelle am Komparatur 22 ist im einfachsten Fall durch einen verstellbaren Spannungsteiler 23 und eine konstante

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- ή S VPA 77 P 3760 BRD Vergleichsspannung U„ festgelegt. Über den Schalter S6 kann der Spannungsteiler 23 jedoch auch an eine automatische Pegelanpassung 25 angeschlossen werden, die als Vergleichsspannung jeweils das Maximum des Positioniersignals liefert. Die automatische Fegelanpassung 25 besteht aus zwei parallelen identischen Zweigen, in denen das vorverstärkte Detektorsignal über einen Verstärker 27» 28 einen Kondensator 29, 30 auflädt. Die Kondensatorspannung dient dann als Vergleichsspannung. Eine vom Rechteckgenerator 10 gesteuerte bistabile Kippstufe 31 (Flipflop) steuert vier Schalter S7 bis S10 derart, daß für je einen vollen Durchlauf abwechselnd ein Kondensator aufgeladen wird, während der Wert des anderen als Vergleichsspannungsquelle dient; beispielsweise sind während eines vollen Durchlaufs die Schalter S7 und S10 geschlossen, die Schalter S8 und S9 hingegen offen. Die M-stabile Kippstufe 31 steuert darüber hinaus zwei monostabile Kippstufen 32 und 33, über die für die kurze Zeit T jeweils ein Schalter S11 bzw. S12 geschlossen wird. Dadurch wird erreicht, daß die entsprechenden zu diesen Schaltern S11 bzw. S12 parallel liegenden Kondensatoren entladen werden, bevor sie in einem neuen Durchlauf wieder aufgeladen werden.

Da durch diese automatische Pegel anpassung 25 die Triggerschv/elle für jeden Durchlauf als Bruchteil des maximalen Positioniersignali des vorangegangenen Durchlaufs festgelegt wird, wird das ganze Positionierverfahren unanfällig gegen StrahlStromschwankungen des abtastenden KorpuskularStrahls oder Drifterscheinungen in der Verstärkerelektronik.

Zum besseren Verständnis der Schaltung nach der Figur 3 sind in der Figur A die zeitlichen Spannungsverläufe an mehreren mit den kleinen Buchstaben a bis 1 bezeichneten Orten in der Schaltung nach Figur 3 wiedergegeben. Dabei wurde nur Wert auf die zeitliche Korrelation gelegt, die Spannungsamplitude hingegen ist willkürlich festgelegt. Die gestrichelten Linien bei den Spannungsverläufen c und d, die am Ausgang der beiden bistabilen Kippstufen 11 und 12 vorliegen, deuten an, daß dieser Schaltvorgang je nach der Depositionierung zu unterschiedlichen Zeiten erfolgen kann.

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-ή£ VPA 77 P 3760 BRD Die Figur 5 zeigt als Blockschaltbild eine automatische Positioniereinrichtung bei digitaler Abtastung des Werkstückes. Gleiche Teile sind in dieser Figur mit gleichen Bezugszeichen wie in der Figur 3 versehen, über einen Digitalgenerator 40 und einen Digital-Analog-Wandler 41 wird das Ablenksystem 8 zur schrittweisen Auslenkung des Abtaststrahls angesteuert. Gleichzeitig wird von dem Digitalgenerator 40 der Rechteckgenerator 10 angesteuert. Dieser Rechteckgenerator 10 startet an seinen Rechteckflanken jeweils einen Vorwärts-Rückwärts-Zähler 42 und legt gleichzeitig die Zählrichtung so fest, daß während des Hinlaufs des Abtaststrahls, d. h. während der ansteigenden Flanke des Digitalgenerators 40, die Abtastschritte positiv gezählt werden und während des Rücklaufs, d. h. während der abfallenden Flanke des Digitalgenerators, negativ gezählt werden. Über den Detektor 20, den Vor- verstärker 21 sowie den Komparator 22, dessen Triggerschwelle durch die Vergleichsspannungsquelle Uy und den Spannungsteiler eingestellt ist, wird der Zähler 42 jev/eils bei Erreichen des entsprechenden Markensignals gestoppt. Ein Steuerglied 43 sorgt nach jedem vollen Durchlauf durch Schließen der Schalter S3 und S4 für die Übernahme des Zählerendwertes auf einen speichernden Regler 44 und auf einen einfachen Speicher 45. Da der Zählerendv/ert nach jedem vollen Durchlauf der doppelten Abweichung der Marke von der Sollage entspricht, kann dieser Wert direkt als Regelsignal verwendet v/erden. Daher ist der Ausgang des speichernden Reglers über einen weiteren Digital-Analog-Wandler 46 direkt auf das Korrektursysten/, in diesem Fall ein zusätzliches magnetisches Ablenksystem für die Korpuskularstrahlen, geschaltet. Natürlich sind andere Korrektursysteme, wie beispielsweise eine Tischverstellung, denkbar. Von dem einfachen Speicher 45 führt das Signal auf eine Anzeigevorrichtung 47. Nach der Übernahme des Zählerendwertes wird der Zähler 42 durch das Steuerglied 43 auf Null zurückgesetzt und gleichzeitig der Digitalgenerator 40 für einen neuen Durchlauf gestartet.

Figur 6 zeigt die Anwendung des Positionierverfahrens in einem Elektronenstrahlschreiber. Der Elektronenstrahlschreiber, der hier nur in einer einfachen Form schematisch dargestellt ist, besteht aus einer Elektronenquelle 51, beispielsweise einer thermischen Kathode oder aber auch einer Feldemissionskathode, einer

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Linse 52 (in Wirklichkeit einem Linsensystem), die so erregt ist, daß der von der Elektronenquelle 51 ausgehende Elektronenstrahl 5; auf das Werkstück 54 fokussiert wird. Auf diesem Werkstück 54 (dem Wafer) befindet sich eine Marke 55. Mittels des Ablenksystems S kann der Elektronenstrahl 53 in beiden Richtungen entlang einer Zeile über den Wafer 54 geführt werden. Anstelle der magnetischen Ablenkspulen für das Ablenksystem 8 kann auch eine elektrostatische Ablenkeinheit verwendet werden. Für die Ablenkung in andere Richtungen ist mindestens ein weiteres, hier nicht dargestelltes Ablenksystem notwendig. Über den Dreieckgenerator wird neben dem Ablenksystem 8 der Rechteckgenerator 10 angesteuert, der wiederum dafür sorgt, daß über den Schalter 56 für die eine Abtastrichtung eine positive und für die andere Abtastrichtung eine negative Referenzspannung U_R auf einen Integrator 1^ gegeben wird. Der Rechteckgenerator 10 liefert ebenfalls das Startsignal für den Integrator 15. Das Stopsignal für den Integrator 15 liefert ein Komparator 22 (Trigger), der das von einem Detektor 20 aufgenommene und von einem Vorverstärker 21 verstärkte Positioniersignal mit einer konstanten einstellbaren Spannung vergleicht. Nach jedem Durchlauf wird das Integrationssignal des Integrators 15 auf einen integrierenden Regler 16 gegeben, der zur Korrektur ein weiteres Ablenksystem 57 ansteuert. Ist beispielsweise nach einem ersten Durchlauf die Depositionierung noch nicht vollständig beseitigt, d. h. ergibt sich nach dem zweiten Durchlauf in dem Integrator 15 wiederum ein von Null abweichender Integrationswert, so wird dieser zu dem ersten Integrationswert in dem integrierenden Regler 16 hinzuaddiert. Dsr Gesamtintegrationswert bestimmt dann die Korrekturgröße. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis der geforderte Positionierzustand erreicht ist.

Damit ist die Positionierung in einer Richtung abgeschlossen. In entsprechender Weise muß anschließend die Positionierung noch für mindestens eine weitere Richtung, beispielsweise orthogonal zur ersten durchgeführt werden. Zur korrekten Winkelpositionierung ist unter Umständen dann auch, noch eine weitere Positionierung in einer dritten Richtung erforderlich.

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- ή I VPA 77 P 3760 BRD Anhand der Figur 7 ist das Positionierverfahren für einen Elektiorenstrahlschattenprojektor beschrieben, in dem das Werkstück relativ zu einer Maske ausgerichtet werden soll. Für gleiche Teile v/erden dabei wieder gleiche Bezugszeichen wie in den vorangegangenen Figuren verwendet. Mit 51 ist wiederum die Elektronenquelle bezeichnet, mit 52 wiederum die Elektronenlinse. Eine Projektionsmaske 60 befindet sich unmittelbar oberhalb des Werkstückes 54. Hier nicht dargestellt ist die integrale 1:1-Abbi.ldung der Maske 60 auf das Werkstück 54, wozu die Linse 52 derart erregt wird, daß das von der Elektronenquelle 51 kommende Elektronenstrahlbündel 53 die Linse als annähernd paralleles Bündel verläßt. Mit diesem parallelen Elektronenstrahlbündel wird die Maske integral bestrahlt und als Schattenprojektion auf das Werkstück 54 abgebildet. Zur Positionierung von Maske und Präparat zueinander wird die Linse 52 so erregt, daß der Elektronenstrahl 53 auf das Werkstück 54 fokussiert wird. Mit Hilfe des von dem Dreieckgenerator 9 angesteuerten Ablenksystems 8 kann der Elektronenstrahl zellenförmig über das Werkstück 54 und damit über die Marke 55 geführt werden. Der Dreieckgenerator 9 steuert wiederum auch den Rechteckgenerator 10, über den der Schalter 56 betätigt wird. Als Positioniersignal wird in diesem Beispiel der Probenstrom des Werkstückes verwendet, der wiederum über einen Vorverstärker 21 gleichzeitig auf zwei Trigger 61 bzw. 62 gegeben wird. Im Gegensatz zum vorher beschriebenen Beispiel des Elektronenstrahlschreibers, bei dem der Integrator 15 vom Rechteckgenerator gestartet wurde, erfolgt in diesem Beispiel der Start des Integrators 15 durch den Trigger 61, der Stop dieses Integrators durch den Trigger 62. Dadurch erfolgt die Integration nicht mehr beim Beginn des Hin- bzw. Rücklaufs des abtastenden Elektronen-Strahls, sondern erst am Rand einer Justieröffnung in der Maske 60. Erst bei Erreichen dieses Randes durchdringt der Elektronenstrahl die Maske und erzeugt bei seinem Auftreffen auf das Werkstück 54 ein Probenstromsignal, das die Triggerschwelle des Triggers 61 übersteigt und damit den Start des Integrators 15 bewirkt. Dieses Probenstromsignal bleibt bis zum Erreichen der Marke auf einem nahezu konstanten Wert und steigt beispielsweise beim Erreichen der Marke noch einmal an, so daß dann auch die Triggerschwelle des Triggers 62 überschritten wird, wodurch der Integrator 15 wieder gestoppt wird. Dor Ausgangsvort des Intcgra--

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- 49 VPA 77 P 3760 BRD tors 15 wird wiederum auf einen integrierenden Regler 16 gegeben. Da in diesem Beispiel das Werkstück 54 relativ zu der Maske 60 ausgerichtet werden muß, muß zur Positionierung eines dieser Teile verschoben werden. Der Regler 16 steuert daher einen Tischantrieb 63 zur Verschiebung des Werkstückes 54.

Die Figur 9 zeigt ein diesem Beispiel des Elektronenstrahlschattenprojektors entsprechendes Signaldiagramm. In Figur 9a ist das Probenstromsignal aufgetragen, in dem deutlich das Erreichen des jeweiligen Justieröffnungsrandes und auch das Erreichen der Marke zu erkennen ist. Außerdem sind gestrichelt die beiden Triggerschwellen eingezeichnet. In der darunterliegenden Figur 9b ist das daraus geformte Positioniersignal dargestellt. Die Figur 9c zeigt einen möglichen Integrationsweg.

Mit Hilfe der Figur 8 soll das Positionierverfahren für einen Elektronenstrahlmikroprojektor beschrieben v/erden. Wie beim Beispiel des Elektronenstrahlschattenprojektors gemäß der Figur 7 soll hier das Werkstück 54 relativ zu einer Maske 60 ausgerichtet werden, jedoch mit dem Unterschied, daß sich zwischen der Maske und dem Werkstück 54 eine Abbildungsoptik 65 befindet. Die Ausrichtung des Werkstücks 54 relativ zur Maske 60 erfolgt wie in dem anhand der Figur 6 beschriebenen Beispiel des Elektronenstrahl-Schreibers, mit dem einzigen Unterschied, daß hier keine punktförmige, sondern eine durch eine Maskenmarke 66 geformte Abtastsonde verwendet wird. Anstelle einer einzigen Maskenmarke 66 können auch mehrere Maskenmarken gleichzeitig verwendet werden. Als Positioniersignal dient hier wiederum die von dem Werkstück ausgehende Strahlung, also die Sekundärelektronen oder die Rückstreuelektronen. Ebenso ist es jedoch auch möglich, wiederum den Probenstrom als Positioniersignal zu verwenden.

In den beschriebenen Beispielen wurden zur Positionierung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Elektronenstrahlen benutzt. Anstelle dieser Elektronenstrahlen können darüber hinaus auch andere Korpuskularstrahlen verendet werden. Auch zur Positionierung mit Licht ist das Verfahren geeignet. Im letzteren Fall kann die Ablenkung des Abtaststrahls beispielsweise mit Hilfe eines Drehspiegels erfolgen.

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- Z O VPA 77 P 3760 BRD Bei dem automatischen Positionierverfahren, wie es anhand dieser Beispiele beschrieben wird, ist es auch möglich, die automatische Positionierung auf einem Monitor zu überwachen und beim Eintreten von Störungen durch eine manuelle Positionierung abzulösen. Dazu wird der Schreibstrahl des Monitors für beide Richtungen der Bewegung des Abtaststrahls je einmal in bestimmter Phasenlage zum Abtaststrahl in der gleichen Richtung über den Monitor geführt und die Intensität des Positioniersignals in der dazu senkrechten Richtung aufgetragen. Dadurch entstehen zwei Positioniersignale, wie sie in Figur 1b dargestellt sind. Bei exakter Positionierung überdecken sich diese beiden Bilder.

9 Figuren

10 Ansprüche

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Claims

Patentansprüche

' 1. Verfahren zur automatischen Positionierung eines mit mindestens einer Marke versehenen Werkstückes, insbesondere eines in einem Korju skularstrahlgerat zu bearbeitenden Wafers für integrierte Schaltkreise, relativ zu einem Abtastfeld oder zu einer Maske, bei dem ein Abtaststrahl das auszurichtende Werkstück entlang einer Zeile abtastet (lino scan) und ein bei Erreichen der Marke erzeugtes Signal eine Einrichtung steuert, die daraus ein zur Abweichung der Markenlage von einer Sollage proportionales Regelsignal erzeugt, das zur Ansteuerung einer Einrichtung zur Lagekorrektur des Werkstückes relativ zum Abtastfeld bzv. zur Maske dient j dadurch gekennzeichnet, daß das V/erkstück (54) mit dem Abtaststrahl (53) nacheinander in entgegengesetzten Richtungen mit gleicher Geschwindigkeit abgetastet wird (Hin- und Rücklauf), wobei während des Hinlaufs vom Beginn der Zeile bis zum Erreichen der Marke (55) eine positive Referenzgleichspannung U_R und während des Rücklaufs vom Ende der Zeile bis zum Erreichen der Marke (55) eine negative Referenzspannung -Up gleichen Betrages auf einen Integrator (15) geschaltet wird, und daß nach einem vollen Hin- und Rücklauf des Abtaststrahls (53) das Ausgangssignal des Integrators (15) als Regelsignal zur Lagekorrektur verwendet wird.
2. Verfahren zur automatischen Positionierung eine.¹.: mit mindestens einer Marke versehenen V/erkstückes, insbesondere eines in einem Korpuskularstrahlgerät zu bearbeitenden Wafers für integrierte Schaltkreise, relativ zu einem Abtastfeld oder zu einer Maske, bei dem ein Abtaststrahl das auszurichtende Werkstück entlang einer Zeile abtastet (line scan) und ein bei Erreichen der* Marke erzeugtes Signal eine Einrichtung steuert, die daraus ein zur Abweichung der Markenlage von einer Sollage proportionales Regelsignal erzeugt, das zur Ansteuerung einer Einrichtung zur Lagekorrektur des Werkstückes relativ zum Abtastfeld bzw. zur Maske dient, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (54) mit dem Abtaststrahl (53) nacheinander in entgegengesetzten Richtungen in äquidistauten Schritten (digital) abgetastet wird und daß jeweils am Anfang und Ende der Zeile ein

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ORIGINAL INSPECTED

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Vorwärts-Rückwärts-Zähler (42) gestartet wird, der die Abtastschritte bis zuin Erreichen der Marke (55) wahrend des Hinlaufs hoch- und während des Rücklaufs herunterzählt, und daß der Endwert des Zählers (42) nach einen vollen Hin- und Rücklauf über einen Digital-Analog-Wandler (46) als Regelsignal zur Lagekorrektür verwendet wird.
3. Verfahren zur automatischen Positionierung eines Werkstückes nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Markensignal ein rechteckiges Positioniersignal erzeugt wird, dessen Breite von der Einstellung einer Triggerschwelle abhängt, und daß das Erreichen der Marke (55) durch die Flankon des rechteckigen Positioniersignals angezeigt wird.
4. Verfahren zur automatischen Positionierung eines Werkstückes nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Triggerschvelle als Bruchteil des Maximums des Markensignals festgelegt und in jedem Strahldurchlauf für den nachfolgenden Durchlauf neu bestimmt wird.
5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 3» gekennzeichnet durch einen Dreieckgenerator (9), der ein Ablenksystem (8) für die Auslenkung des Abtaststrahls (.53) und einen Rechteckgenerator (10) steuert, zwei Gleichspannungsquellen (U_R, -Un) gleichen Betrages, aber entgegengesetzter Polarität, die von deia Rechteckgenerator (10) über zwei bistabile Kippstufen (11, 12) und zwei Schalter (S1, S2) gesteuert auf einen Integrator (15) schaltbar sind, zwei hintereinander geschaltete monostabile Kippstufen (13, 14),die ebenfalls von dem Rechteckgenerator (10) gesteuert nach jedem Strahldurchlauf (Hin- und Rücklauf) nacheinander kurzzeitig zwei weitere Schalter (S4, S5) schließen, wodurch zunächst der Integratorausgang auf einen speichernden Regler (16) zur Lagekorrektur geschaltet ist und anschließend der Integrator (15) kurzgeschlossen und der Dreieckgenerator (9) zu einem neuen Durchlauf gestartet wird, sowie einen Detektor (20) zur Registrierung des Markensignals, das über Vorverstärker (21) und einen Komparator (22) mit über eine Vergleichsspannung Uy und einen Spannungsteiler (23) einstellbarer

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Triggerschwelle in ein Signal zur v/eiteren Steuerung der bistabilen Kippstufen (11, 12) umgeformt wird.
6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 2 und 3, gekennzeichnet durch einen Digitalgenerator (40), der einerseits über einen Digital-Analog-Wandler (41) ein Ablenksystem (8) für die schrittweise Auslenkung des Abtaststrahls (53) und andererseits einen Rechteckgenerator (10) steuert, einen Vorwärts-Rückwärts-Zähler (42) zum Zählen der Abtastschritte, dessen Zählrichtung und Zählbeginn durch den Rechteckgenerator (10) gesteuert werden, ein Steuerglied (43), das nach jedem vollen Hin- und Rücklauf für kurze Zeit einen Schalter (S4) schließt, wodurch der Zählerendwert auf einen speichernden Regler (44) zur Lagekorrektur über einen Digital-Analog-Wandler (46) geschaltet ist, das nach dieser Zeit den Zähler (42) auf Null zurücksetzt und den Digitalgenerator (40) für einen neuen Durchlauf startet, sowie einen Detektor (20) zur Registrierung des Markensignals, das über Vorverstärker (21) und einen Komparator (22) mit über eine Vergleichsspannung U\, und einen Spannungsteiler (23) einstellbarer Triggerschwelle in ein Signal zum Stoppen des Zählers (42) umgeformt wird.
7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch zwei Kondensatoren (29, 30), die vom Rechteckgenerator (10) über eine bistabile Kippstufe (31) und vier Schalter (S7 bis S10) gesteuert abwechselnd jeweils für einen Strahldurchlauf mit dem Detektor (20) oder dem Spannungsteiler (23) verbunden sind, sowie zwei von der bistabilen Kippstufe (31) über zwei monostabile Kippstufen (32, 33) gesteuerte Schalter (S11, S12) zum Kurzschließen der Kondensatoren (29, 30).
8. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 bei einem Korpuskularstrahlschreiber.
9. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 bei einem Korpuskularstrahlschattenprojektor, wobei die Länge der abgetasteten Zeile durch die Größe einer Justieröffnung in der Maske (60) festgelegt wird.

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10. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 bei einem Korpuskularstrahlmikroprojektor.

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